Преобразователь для цифровой индикации. Цель работы: изучить назначение, принцип функционирования и основные виды шифраторов (дешифраторов).

Практическая работа №11

ШИФРАТОРЫ/ДЕШИФРАТОРЫ

Цель работы: изучить назначение, принцип функционирования и основные виды шифраторов (дешифраторов).

Шифраторы.

Шифратор, (называемый так же кодером) - устройство, осуществляющее преобразование десятичных чисел в двоичную систему счисления. Пусть в шифраторе имеется m входов, последовательно пронумерованных десятичными числами (0, 1, 2, 3, ..., m - 1), и n выходов. Подача сигнала на один из входов приводит к появлению на выходах n- разрядного двоичного числа, соответствующего номеру возбужденного входа.

рис 5.17 рис 5.18

Очевидно, трудно строить шифраторы с очень большим числом входов m, поэтому они используются для преобразования в двоичную систему счисления относительно небольших десятичных чисел.

Шифраторы широко используются в разнообразных устройствах ввода информации в цифровые системы. Такие устройства могут снабжаться клавиатурой, каждая клавиша которой связана с определенным входом шифратора. При нажатии выбранной клавиши подается сигнал на определенный вход шифратора, и на его выходе возникает двоичное число, соответствующее выгравированному на клавише символу.

Таблица 5.5
Десятичное число	Двоичный код 8421
x8	x4	x2	x1

На рис. 5.17 приведено символическое изображение шифратора, преобразующего десятичные числа 0, 1, 2, ..., 9 в двоичное представление в коде 8421. Символ CD образован из букв, входящих в английское слово CODER. Слева показано 10 входов, обозначенных десятичными цифрами 0, 1, ..., 9. Справа показаны выходы шифратора: цифрами 1, 2, 4, 8 обозначены весовые коэффициенты двоичных разрядов, соответствующих отдельным выходам.

Из приведенного в табл. 5.5 соответствия десятичного и двоичного кодов следует, что переменная x₁ на выходной шине 1 имеет уровень лог. 1, если имеет этот уровень одна из входных переменных y₁, у₃, у₅, у₇, у₉. Следовательно, x₁ = y_l \/ y₃ \/ y₅ \/ y₇ \/ y₉.

Для остальных выходов x₂ = y₂ \/ y₃ \/ y₆ \/ y₇; x₄ = y₄ \/ y₅ \/ y₆ \/ y₇; x₈ = y₈ \/ y₉.

Этой системе логических выражений соответствует схема на рис. 5.18,а.

Дешифраторы.

Для обратного преобразования двоичных чисел в небольшие по значению десятичные числа используются дешифраторы (называемые также декодерами). Входы дешифратора предназначаются для подачи двоичных чисел, выходы последовательно нумеруются десятичными числами. При подаче на входы двоичного числа появляется сигнал на определенном выходе, номер которого соответствует входному числу.

Дешифраторы имеют широкое применение. В частности, они используются в устройствах, печатающих на бумаге выводимые из цифрового устройства числа или текст. В таких устройствах двоичное число, поступая на вход дешифратора, вызывает появление сигнала на определенном его выходе. С помощью этого сигнала производится печать символа, соответствующего входному двоичному числу.

На рис. 5.19,а приведено символическое изображение дешифратора. Символ DС образован из букв английского слова DECODER. Слева показаны входы, на которых отмечены весовые коэффициенты двоичного кода. Справа - выходы, пронумерованные десятичными числами, соответствующими отдельным комбинациям входного двоичного кода. На каждом выходе образуется уровень лог. 1 при строго определенной комбинации входного кода.

Дешифратор может иметь парафазные входы для подачи наряду с входными переменными их инверсий, как показано на рис. 5.19,б.

рис 5.19

По способу построения различают линейные и прямоугольные дешифраторы.

Линейный дешифратор.

Рассмотрим построение дешифратора, осуществляющего преобразование, заданное табл. 5.6.

Таблица 5.6
Входной код 8421	Номер выхода
x8	x4	x2	x1

В линейном дешифраторе выходные переменные формируются по (5.22) либо (5.23).

(5.22) (5.23)

При выполнении дешифратора на элементах И-НЕ пользуются (5.23), получая инверсии выходных функций. В этом случае каждой комбинации входного кода будет соответствовать уровень лог. 0 на строго определенном выходе, на остальных выходах устанавливается уровень лог. 1. На рис. 5.20 показана структура дешифратора, построенного на элементах И-НЕ, и его изображение в схемах.

рис 5.20

Прямоугольный дешифратор.

Рассмотрим принцип построения прямоугольного дешифратора на примере дешифратора с 4 входами и 16 выходами.

Разобьем входные переменные x₈, x₄, x₂, x₁ на две группы по две переменные в каждой: x₈, x₄, и x₂, x₁. Каждую пару переменных используем в качестве входных переменных отдельного линейного дешифратора на четыре выхода, как показано на рис. 5.22,а. Выходные переменные линейных дешифраторов определяются следующими логическими выражениями:

Эти дешифраторы выполняют функции первой ступени дешифратора.

Выходные переменные y₀, y₁, ..., y₁₅ прямоугольного дешифратора можно представить логическими выражениями, используя в них в качестве аргументов выходные переменные y'₀, ..., y'₃ и y''₀, ..., y''₃ линейных дешифраторов:

Эти логические операции выполняются в отдельном дешифраторе второй ступени, называемом матричным и состоящим из двух - входовых элементов. На рис. 5.22,б показано условное изображение матричного дешифратора, где помеченные десятичными числами две группы входов служат для подключения к выходам двух предварительных ступеней дешифрации. На рис. 5.22,в представлена структура прямоугольного дешифратора с использованием символов линейного и матричного дешифраторов.

рис 5.22

Могут быть построены прямоугольные дешифраторы с числом ступеней, большим двух.

Применение прямоугольного дешифратора может оказаться более выгодным, чем использование линейного дешифратора, в тех случаях, когда велико число входов и нежелательно использование требующихся для построения линейного дешифратора элементов с большим числом входов. Однако прохождение сигналов последовательно через несколько ступеней в прямоугольном дешифраторе приводит к большей задержке распространения сигнала в нем.

Преобразователь для цифровой индикации.

Один из способов цифровой индикации состоит в следующем.

Имеется семь элементов, расположенных так, как показано на рис. 5.25,а. Каждый элемент может светиться либо не светиться, в зависимости от значения соответствующей логической переменной, управляющей его свечением. Вызывая свечение элементов в определенных комбинациях, можно получить изображение десятичных цифр 0, 1, 9 (рис. 5.25.б).

рис 5.25

Десятичные цифры, отображение которых необходимо вызвать, задаются обычно в двоичном коде. При этом возникает задача формирования логических переменных y₁, y₂, ..., y₇ для управления отдельными элементами в устройстве индикации. Таблица истинности для этих переменных представлена в табл.5.10.

Таблица 5.10
Десятичная цифра	Двоичный код 8421	Состояние элементов (z1, ..., z7) и значение управляющих сигналов (y1, ..., y7)
x4	x3	x2	x1	1	2	3	4	5	6	7
y1	y2	y3	y4	y5	y6	y7

При построении таблицы были приняты следующие условия: если элемент индикатора светится, то это означает, что он находится в состоянии лог. 1, если погашен, то он находится в состоянии лог. 0; управление элементом осуществляется таким образом, что высокий уровень лог. 1 на некотором входе индикатора вызывает гашение соответствующего элемента (т. е. чтобы i-й элемент был погашен и z_i = 0, необходимо подать на 1-й вход индикатора управляющий сигнал y_i = l). Таким образом, y_i = _i. Например, для высвечивания цифры 0 необходимо погасить 7-й элемент (z₇=0), оставив остальные элементы в состоянии свечения; следовательно, при этом управляющий сигнал y₇ = l, остальные управляющие сигналы y_l, ..., y₆ должны иметь уровень лог. 0.